Ein Schweizer Beitrag zu MOSAiC: Schneephysik auf Meereis
Michael Lehning
Amy Macfarlane
David Nicholas Wagner
Die Energieflüsse auf Meereis sind in der Arktis extrem variabel, die Wärmeübertragung zwischen Ozean und arktischer Atmosphäre sind eine der wichtigen Gründe dafür. Die Forschungsprojekt MOSAiC will nun herauszufinden, welche Strahlungsflüsse diese saisonal beeinflussen. Vier Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des SLF - David Wagner (Etappe 1), Martin Schneebeli (Etappe 2), Amy Macfarlane (Etappe 3) und Ruzica Dadic (Etappe 4) - sind von September 2019 bis August 2020 an Bord des Forschungsschiffes Polarstern. Sie sind für die Schneemessungen innerhalb des Meereis-Teams verantwortlich.
Einzigartiges Experiment
Schnee ist eine der Schlüsselkomponenten im Energiehaushalt des Meereises und spielt eine entscheidende Rolle, um Aussagen über die Beschaffenheit des Meereises machen zu können. Dabei wird Dicke, Dichte und Wärmeleitfähigkeit des Meereis-Schnees in Bezug auf die Energieübertragung untersucht. Schnee ist eines der am meisten isolierenden Materialien auf der Erde. Der thermische Widerstand von Meereis-Schnee ist deshalb ein Schlüsselfaktor für die Energiebilanz. Allerdings konnten sie bis jetzt nur sehr ungenau gemessen werden. Die SLF-Forschungsgruppe untersucht die physikalischen Eigenschaften der Schneedecke ganz präzise – und zwar mit computergestützter Mikrotomographie (Mikro-CT), was einzigartig ist.
Die physikalischen Eigenschaften der Schneedecke können durch eine 3D-Simulation der Schneestruktur zuverlässig gemessen werden. Die 3D-Struktur wird mit einem Röntgen-Mikrocomputertomographen von Scanco Medical gemessen. Damit sind die Forschenden in der Lage, schnelle hochauflösende 3D-Scans der Schneedecke durchzuführen und auch den Übergang zwischen Schnee und Meereis zu untersuchen. Doch auch die grössere Skala wird untersucht: Die Schneehöhe auf Meereis ist je nach Gebiet und Exposition unterschiedlich ist. Die windgetriebene Umverteilung führt dazu, dass sich verschiedenartige Dünen bilden - wie in allen vom Wind betroffenen Landschaften. Dazu wird jede Woche die Oberfläche mit einer Auflösung von etwa einem Zentimeter mit einem Laserscanner vermessen.
Teil eines grossen Ganzen
Die Strahlungsbilanz auf Meereis wird vom Schnee als isolierendes, im Frühling und Sommer als reflektierendes Material stark beeinflusst. Damit wird nicht nur die globale Strahlungsbilanz beeinflusst, sondern auch auf das marine Ökosystem, an dessen Spitze die Eisbären stehen.
Der Zeitpunkt, wann Meereis entsteht, hat einen Einfluss auf die Schnee-Akkumulation. So weist Schnee auf einjährigem Meereis andere Eigenschaften auf als mehrjähriges Meereis. Beide Schneearten sind für die Erhaltung der arktischen Ökosysteme wichtig: Eisbären sind bei der Jagd stark auf das Meereis des ersten Jahres angewiesen, Robben hingegen bauen ihre Höhlen vorzugsweise im blockigen Anhäufungen des Mehrjahreseises.
Herausforderungen
Um einen Überblick über die unterschiedlichen Schneeverhältnisse und die vielen Schneearten zu erhalten, ist für die Entnahme der Schneeproben eine detaillierte Planung notwendig. Seit zwei Jahren koordiniert die Forschungsgruppe mit den verschiedenen rund 20 Projekten und etwa 100 Forschenden, wie und wo Schnee gemessen werden soll.
Schulungen
Im Februar und April lernten die Forschenden in interdisziplinären Teams, wie man Messungen unter realistischen Bedingungen wie etwa bei windigem Schnee oder grossen Eiskrusten durchführt. Zudem stellte das Training sicher, dass die Forschenden übers ganze Jahr hinweg mit denselben Methoden Schnee- und Meereismessungen machen, so dass der Datensatz kontinuierlich und konsistent ist.
Vor Projektbeginn mussten alle Forschenden ins Eisbärentraining. Dort lernten sie, wie man sich verhält und gegebenenfalls verteidigt, sollte man einem Eisbären begegnen. Ein Stolperdraht sichert das Expeditionsgelände. Zusätzlich werden professionelle Eisbärenwächter das Gelände überwachen, so dass die Forschenden die Messungen in Sicherheit und Ruhe durchführen können.
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